太阳能并网发电

太阳能发电系统的研究13Z电气2卞国璐TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1、绪论 1\o"CurrentDocument"2、太阳能的主要利用形式和发展前景 2\o"CurrentDocument"3、太阳能光伏电源系统的组成及运行机理 4\o"CurrentDocument"、太阳能电池方阵 5\o"CurrentDocument"、太阳能控制器 5\o"CurrentDocument"、太阳能蓄电池组 6\o"CurrentDocument"、太阳能逆变器 6\o"CurrentDocument"4、太阳能光伏发电系统的应用——并网发电 7\o"CurrentDocument"、太阳能光伏发电系统对逆变电源的要求 7\o"CurrentDocument"、太阳能并网发电结构示意图 8\o"CurrentDocument"、太阳能并网发电系统的组成部分 8\o"CurrentDocument"5、总结 101、绪论在人类文明的历史长河中，人们不断在大自然中探索人类生存所必须的能量。从原始社会开始，人们就开始使用钻木取火，随着时间的推移，人们现在已经基本掌握了一些能源的或取方式和提炼使用方法。从能量存储量的角度看，常规能源的储量正随着人类文明的高度发展而迅速枯竭；从资源的角度看，地球的矿物能源储量是有限的，按目前消耗的速度计，石油还可供开采40年左右，天然气约60年，煤可望达200年。到20世纪末人们开始意识到：由于每年燃烧常规能源所产生的CO2排放量约210亿吨左右，已经使地球严重污染，而且目前CO2的年排放量还在呈上升趋势。还有就是一些矿物质燃烧后产生的酸雨对农田、水源、房屋建筑等都有一定的污染和损害，直接危害了人们的生活。针对以上情况开发和使用新能源（可再生能源和无污染绿色能源）已是人类目前迫切需要解决的重要问题。虽然目前人类可利用的新能源，如太阳能、风能、地热能、水能、海洋能等能源形式都是可以满足要求的。但从能源的稳定性、可持久性、数量、设备成本、利用条件等诸多因素考虑，太阳能将成为最为理想的可再生能源和无污染能源。2、太阳能的主要利用形式和发展前景太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有安全可靠、无噪声、无污染，能量随处可得、不受地域限制、无需消耗燃料、无机械转动部件、故障率低、维护简便、可以无人值守、建站周期短、规模大小随意、无需架设输电线路、可以方便地与建筑物相结合等以及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。因此，无论从近期还是远期，无论从能源环境的角度还是从边远地区和特殊应用领域需求的角度来考虑，太阳能电池发电都极具吸引力。目前，太阳能电池发电系统大规模应用的唯一障碍是其成本高，预计到21世纪中叶，太阳能电池发电的成本将会下降到同常规能源发电相当。届时，太阳能电池发电将成为人类电力的重要来源之一。目前太阳能的利用形式主要有光热利用、光伏发电利用和光化学转换三种形式。光热利用具有低成本，方便，利用效率较高等优点，但不利于能量的传输，一般只能就地使用，而且输出能量形式不具备通用性。光化学转换在自然界中以光合作用的形式普遍存在，但目前人类还不能很好地利用。光伏发电利用以电能作为最终表现形式，具有传输极其方便的特点，在通用性、可存储性等方面具有前两者无法替代的优势。且由于太阳能电池的原料—硅的储量十分丰富、太阳电池转换效率的不断提高、生产成本的不断下降，都促使太阳能光伏发电在能源、环境和人类社会未来发展中占据重要地位。由于太阳光资源具有分散性，而且随处可得，太阳能电池发电系统特别适合于作为独立的电源使用，例如边远地区的村庄及户用供电系统、太阳能电池照明系统,太阳能电池水泵系统以及大部分的通信电源系统等都属此类。太阳能电池发电系统还可以同其它发电系统组成联合供电系统，如“风－光互补系统”、“风－光－柴－蓄互补系统”等。由于风力发电系统成本低，又由于风能和太阳能资源具有互补性，互补发电系统可以大大提高供电的稳定性，其价格比起独立太阳能电池发电系统至少可减少1/3。除此之外，太阳能电池发电系统还可以与电网相联构成并网发电系统。并网系统是将太阳能电池发出的直流电通过并网逆变器直接馈入电网，从而可以大大减少蓄电池的存储容量。并网发电系统可分为“可调度式并网系统”和“不可调度式并网系统”。“不可调度式并网系统”中不带储能系统，馈入电网的电力完全取决于日照的情况；“可调度式并网系统”带有储能系统，可根据需要随时将太阳能电池发电系统并入或退出电网。实践证明，并网电站可以对电网调峰、提高电网末端的电压稳定性、改善电网的功率因数和消除电网杂波均能发挥有效作用，很有应用前景。3、太阳能光伏电源系统的组成及运行机理太阳能电池发电系统是利用以光生伏打效应原理制成的太阳能电池将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。它由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等部分组成，其系统组成如下：hI交汉■负戟、hI交汉■负戟、n亘芒冥敦太聽电池方阵直淤交蛊、太阳能电池方阵利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置。单一电池是一只硅晶体二极管，根据半导体材料的电子学特性，当太阳光照射到由P型和N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的P-N结上时，在一定的条件下，太阳能辐射被半导体材料吸收，在导带和价带中产生非平衡载流子即电子和空穴。同于P-N结势垒区存在着较强的内建静电场，因而能在光照下形成电流密度J,短路电流Isc,开路电压Uoc。若在内建电场的两侧面引出电极并接上负载，理论上讲由P-N结、连接电路和负载形成的回路，就有"光生电流"流过，太阳能电池组件就实现了对负载的功率P输出。理论研究表明，太阳能电池组件的峰值功率Pk,由当地的太阳平均辐射强度与末端的用电负荷（需电量）决定。、太阳能控制器对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。、太阳能蓄电池组一般为铅酸电池，一般有12V和24V这两种，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。在一些新型的存储设备的研究中可以使用超导存储系统，其主要是利用超导线圈可以承受大电流而无功率损耗的特点，将大容量的电能直接存储起来，需要的时候在将电磁能返回电网或其他负荷的一种电力措施。目前日本等国家正在研制过程中。、太阳能逆变器在很多场合，都需要提供AC220V、AC110V的交流电源。由于太阳能的直接输出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。为能向AC220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。通过全桥电路，一般采用SPWM处理器经过调制、滤波、升压等，得到与照明负载频率f,额定电压UN等匹配的正弦交流电供系统终端用户使用。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到DC-DC逆变器，如将24VDC的电能转换成5VDC的电能。4、太阳能光伏发电系统的应用——并网发电、太阳能光伏发电系统对逆变电源的要求（1）要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。（2）要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变电源具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热，过载保护等。（3）要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V蓄电池，其端电压可在10V〜16V之间变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。（4）在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的外，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免铎公共电网的电力污染，也要求逆变电源输出正弦波电流。、太阳能并网发电结构示意图下图为并网型光伏系统组成示意图，其主要包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。I太阳能板—变压器+:电网心控制器I太阳能板—变压器+:电网心控制器A逆变器4监视器+」、太阳能并网发电系统的组成部分（1）太阳能电池板太阳能电池板主要有：晶体硅电池板（、）、非晶硅电池板（、）、化学染料电池板（）、柔性太阳能电池，这几类，其中，美国伦斯勒理工学院研究人员2008年开发出一种新型涂层，将其覆盖在太阳能电池板上能使后者的阳光吸收率提高到%，而普通太阳能电池板的阳光吸收率仅为70%左右。（2）控制器下图为太阳能控制器的电路拓扑结构，从原理上说是以及升压斩波器，通过调整开关器件S的占空比，调节电池板的等效负载阻抗,实现对电池板的最大功率跟踪功能。3）逆变器太阳能逆变器的电路拓扑如下图所示，a）是单相并网逆变器电路拓扑，b）是三相并网逆变器电路拓扑。从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。从控制方式上属于电流控制型电路。4）监视保护装置监控保护单元的主要作用有：光伏并网系统作为接入电力系统的装置，需要设定合理的保护措施保护发电设备的安全以及电网的安全；孤岛效应会产生很多不良影响，光伏系统作为分布式发电系统的典型代表，如何准确测定孤岛效应也是监控保护单元的重要作用太阳能光伏电站尤其是大规模的光伏电站往往建设在荒漠和无人区，智能电量管理和系统状况检测上报也是光伏发电系统需要重点考虑的因素。A：并网保护装置并网保护装置主要实现以下保护功能：低电压保护、过电压保护、低频率保护、国频率保护、过电流保护以及孤岛保护策略等内容。通常大型光伏电站需要设置冗余保护装置，保证系统故障时及时处理。B:孤岛检测技术孤岛效应是指并网逆变器在电网断电时，并网装置仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网的某一区域处于光伏发电